Magnétisme et pompage de spin dans des systèmes hybrides à base de film supraconducteur

Les supraconducteurs en films minces présentent des propriétés électromagnétiques sensiblement différentes de celles des matériaux massifs, en raison notamment des effets de géométrie, de dé- sordre et de confinement. La compréhension des mécanismes de pénétration du flux, de la dyna- mique des vortex et des interactions aux interfaces constitue ainsi un enjeu central, tant du point de vue fondamental que pour des applications en électronique supraconductrice et en spintronique. 

Dans ce contexte, plusieurs questions restent ouvertes dans la littérature. D’une part, la réponse magnétique des films minces, en particulier dans des géométries fortement démagnétisantes, fait apparaître des comportements non conventionnels qui ne sont pas entièrement décrits par les mo- dèles classiques. D’autre part, les propriétés de transport de spin aux interfaces supraconduc- teur/ferromagnétique font encore l’objet de résultats contradictoires, notamment concernant l’évo- lution du paramètre d’amortissement en dessous de la température critique. 

Cette thèse s’inscrit dans ce cadre et vise à apporter une contribution expérimentale à ces problé- matiques à travers trois axes principaux. 

Le premier axe concerne l’élaboration et la maîtrise de films minces supraconducteurs de NbN. Une attention particulière est portée à la croissance sur substrat MgO, bien documentée dans la littérature, ainsi qu’au développement d’une nouvelle voie d’élaboration sur couche tampon de Pt, conduisant à une croissance épitaxiée maclée malgré un fort désaccord de maille. Cette approche permet d’obtenir des hétérostructures adaptées à l’étude des phénomènes d’interface. 

Le deuxième axe porte sur l’étude systématique des cycles d’aimantation dans des films minces supraconducteurs de différents matériaux, incluant à la fois des supraconducteurs de type I et de type II. L’objectif est de caractériser la réponse magnétique dans des régimes où les effets de géo- métrie et de dynamique des vortex deviennent prépondérants. Ces travaux ont notamment mis en évidence un régime d’inversion du cycle d’aimantation, observé dans certaines conditions de tem- pérature, de champ et d’épaisseur, et qui constitue un résultat central de cette thèse. 

Enfin, le troisième axe concerne l’étude de l’injection de spin dans des hétérostructures à base de NbN, par des mesures de résonance ferromagnétique. Des systèmes du type NbN/X/Py (X = Cu, Pt) ont été étudiés afin d’analyser l’évolution du paramètre d’amortissement à travers la transition supraconductrice. Les résultats obtenus mettent en évidence une diminution de l’amortissement en dessous de Å, cohérente avec l’ouverture du gap supraconducteur dans le NbN et avec la réduction associée de l’absorption dissipative du courant de spin, sans signature claire de corrélations triplet dans les conditions étudiées. 

L’ensemble de ces travaux permet ainsi d’apporter un éclairage nouveau sur la réponse magnétique des films supraconducteurs minces et sur les phénomènes d’interface impliquant des courants de spin, en lien direct avec les développements récents en supraconductivité et spintronique.